JP7371602B2 - アンテナモジュール及びアンテナ駆動方法 - Google Patents
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Description
それぞれが1つの入出力ポートと複数のアンテナポートとを持ち高周波信号の増幅を行う複数のセグメントと、
それぞれが複数の円偏波アンテナ素子を含む複数のサブアレーアンテナと
を備え、
前記複数の円偏波アンテナ素子は、それぞれ前記複数のアンテナポートのいずれかに接続されており、
前記複数のサブアレーアンテナの各々に含まれる前記複数の円偏波アンテナ素子は、サブアレーアンテナごとにシーケンシャルアレーを構成しており、
前記複数のセグメントの各々は、
第1ポートに入力された信号を前記複数のアンテナポートに分配し、前記複数のアンテナポートのそれぞれに入力された信号を合成して前記第1ポートから出力する分配合成器と、
前記複数のアンテナポートのそれぞれと前記分配合成器との間に接続された移相器と、
前記入出力ポートと前記第1ポートとの間に接続された第1増幅器と
を含み、
前記複数のサブアレーアンテナのいずれの一つのサブアレーアンテナにおいても、一つのサブアレーアンテナに含まれる前記複数の円偏波アンテナ素子がそれぞれ接続された前記複数のアンテナポートは、一つのセグメントに含まれており、
前記複数の円偏波アンテナ素子の各々は、2つの給電点を有しており、
前記複数のアンテナポートの各々は、ハイブリッド回路を介して円偏波アンテナ素子の2つの給電点に接続されており、前記複数の円偏波アンテナ素子は、放射される円偏波の旋回方向が前記複数のサブアレーアンテナにわたって同一になるように、前記ハイブリッド回路によって励振されるアンテナモジュールが提供される。
複数の第1増幅器でM個の円偏波アンテナ素子を動作させる構成を持つアンテナモジュールにおいて、M個よりも少ないm個の円偏波アンテナ素子を選択して動作させるアンテナ駆動方法であって、
前記複数の第1増幅器のいずれの1つも、前記M個の円偏波アンテナ素子のうち複数の円偏波アンテナ素子を動作させるように構成されており、
前記M個の円偏波アンテナ素子は、複数のシーケンシャルアレーを構成しており、
選択されるm個の円偏波アンテナ素子が1つまたは複数のシーケンシャルアレーを構成する条件と、m個の円偏波アンテナ素子を動作させるのに必要な前記第1増幅器の個数が最も少なくなる条件とを満たすように、前記M個の円偏波アンテナ素子からm個の円偏波アンテナ素子を選択し、選択したm個の円偏波アンテナ素子を動作させるアンテナ駆動方法が提供される。
図1から図3までの図面を参照して、第1実施例によるアンテナモジュールについて説明する。
第1実施例によるアンテナモジュールにおいて、通信距離や通信レートによってはすべての円偏波アンテナ素子51を動作させる必要がない場合がある。例えば、通信距離が短い場合や、通信レートが遅い場合は、一部の円偏波アンテナ素子51のみを動作させても十分なゲインが確保される場合がある。
第1実施例によるアンテナモジュールは、送信機能及び受信機能の両方を備えているが、送信機能のみ、または受信機能のみを備えたアンテナモジュールを構成してもよい。この場合には、送受信切替スイッチ23、26、30、33は不要である。また、第1増幅器24は、第1パワーアンプ24P及び第1ローノイズアンプ24Lの一方を備えればよい。同様に、第2増幅器31は、第2パワーアンプ31P及び第2ローノイズアンプ31Lの一方を備えればよい。
次に、図4から図10までの図面を参照して第2実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、第1実施例によるアンテナモジュール(図1、図2、図3)と共通の構成については説明を省略する。
第2実施例の優れた効果を確認するために、第2実施例によるアンテナモジュール(図5B)及び比較例によるアンテナモジュール(図5C)について、ゲイン及び軸比のシミュレーションを行った。図6から図10までの図面を参照して、このシミュレーション結果について説明する。
通し番号がS0及びS1のセグメント20(図5A)を動作させると、通し番号が#0から#6までの7個の円偏波アンテナ素子51(図5A)が動作する。このとき、比較例(図5C)においては、5個の円偏波アンテナ素子51の回転角αが0°であり、2個の円偏波アンテナ素子51の回転角αが180°である。
次に、図12Aを参照して第3実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、第1実施例によるアンテナモジュール(図1、図2、図3)と共通の構成については説明を省略する。第1実施例では、円偏波アンテナ素子51と伝送線路60(図1)との具体的な接続構成について説明していないが、第3実施例では、円偏波アンテナ素子51と伝送線路60との具体的な接続構成を明確にする。
次に、図15A及び図15Bを参照して第4実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、第1実施例によるアンテナモジュール(図1、図2、図3)と共通の構成については説明を省略する。
第4実施例では、円偏波アンテナ素子51の各々に設けられた給電点52が1個であるため、図12A等に示したハイブリッド回路61を経由することなく、給電を行うことができる。このため、伝送線路60の引き回しの自由度を高めることができる。
次に、図16を参照して第5実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、第2実施例によるアンテナモジュール(図4、図5A、図5B)と共通の構成については説明を省略する。
第5実施例によるアンテナモジュールにより、広いカバレッジを得ることができる。また、第1面57の正面方向にメインビームを向けたい場合には、第1面57に沿って配置されたサブアレーアンテナ50を動作させ、第2面58に沿って配置されたサブアレーアンテナ50を動作させないようにすることにより、省電力化を図ることができる。同様に、第2面58の正面方向にメインビームを向けたい場合にも、省電力化を図ることが可能である。さらに、第1面57の正面方向及び第2面58の正面方向のいずれの方向にメインビームを向ける場合であっても、良好な軸比を得ることができる。
第5実施例では、第1面57と第2面58との2つの平面のそれぞれに沿うように複数のサブアレーアンテナ50を配置している。正面方向が異なる3つ以上の平面のそれぞれに沿うように、複数のサブアレーアンテナ50を配置してもよい。この構成により、カバレッジをさらに広くすることができる。また、メインビームの向く方向を、より細かく制御することができる。
次に、図17を参照して第6実施例によるアンテナモジュールについて説明する。以下、第2実施例によるアンテナモジュール(図4、図5A、図5B)と共通の構成については説明を省略する。
第6実施例においても第2実施例と同様に、一部のセグメント20のみを動作させる場合でも、十分な軸比を確保することができる。このため、省電力動作と軸比の改善とを両立させることができる。
次に、第7実施例によるアンテナ駆動方法について説明する。
図5A及び図5Bに示した第2実施例においては、8個の第1増幅器24が、30個の円偏波アンテナ素子51を動作させるように構成されている。また、8個の第1増幅器24のいずれの1つも、30個の円偏波アンテナ素子51のうち3個または4個の円偏波アンテナ素子51を動作させるように構成されている。
1つのシーケンシャルアレーを構成する複数の円偏波アンテナ素子51のうち一部のみを動作させると、軸比改善の十分な効果が得られない。第7実施例では、選択したm個の円偏波アンテナ素子51が1つまたは複数のシーケンシャルアレーを構成しているため、軸比改善の十分な効果を得ることができる。また、必要な第1増幅器24の個数が最も少なくなるようにm個の円偏波アンテナ素子51を選択しているため、消費電力を抑制することができる。
21 入出力ポート
22 アンテナポート
23 送受信切替スイッチ
24 第1増幅器
24L 第1ローノイズアンプ
24P 第1パワーアンプ
26 送受信切替スイッチ
27 分配合成器
27A 第1ポート
27B 第2ポート
28 移相器
29 可変減衰器
30 送受信切替スイッチ
31 第2増幅器
31L 第2ローノイズアンプ
31P 第2パワーアンプ
33 送受信切替スイッチ
35 制御回路
50 サブアレーアンテナ
51 円偏波アンテナ素子
52 給電点
53 円偏波アンテナ素子の基準方向
55 基板
57 第1面
58 第2面
60 伝送線路
61 ハイブリッド回路
61C ハイブリッド回路の幾何中心
80 信号ポート
81 分配合成器
Claims (11)
- それぞれが1つの入出力ポートと複数のアンテナポートとを持ち高周波信号の増幅を行う複数のセグメントと、
それぞれが複数の円偏波アンテナ素子を含む複数のサブアレーアンテナと
を備え、
前記複数の円偏波アンテナ素子は、それぞれ前記複数のアンテナポートのいずれかに接続されており、
前記複数のサブアレーアンテナの各々に含まれる前記複数の円偏波アンテナ素子は、サブアレーアンテナごとにシーケンシャルアレーを構成しており、
前記複数のセグメントの各々は、
第1ポートに入力された信号を前記複数のアンテナポートに分配し、前記複数のアンテナポートのそれぞれに入力された信号を合成して前記第1ポートから出力する分配合成器と、
前記複数のアンテナポートのそれぞれと前記分配合成器との間に接続された移相器と、
前記入出力ポートと前記第1ポートとの間に接続された第1増幅器と
を含み、
前記複数のサブアレーアンテナのいずれの一つのサブアレーアンテナにおいても、一つのサブアレーアンテナに含まれる前記複数の円偏波アンテナ素子がそれぞれ接続された前記複数のアンテナポートは、一つのセグメントに含まれており、
前記複数の円偏波アンテナ素子の各々は、2つの給電点を有しており、
前記複数のアンテナポートの各々は、ハイブリッド回路を介して円偏波アンテナ素子の2つの給電点に接続されており、前記複数の円偏波アンテナ素子は、放射される円偏波の旋回方向が前記複数のサブアレーアンテナにわたって同一になるように、前記ハイブリッド回路によって励振されるアンテナモジュール。 - さらに、前記複数のアンテナポートのそれぞれと前記分配合成器との間に接続された第2増幅器を備えた請求項1に記載のアンテナモジュール。
- それぞれが1つの入出力ポートと複数のアンテナポートとを持ち高周波信号の増幅を行う複数のセグメントと、
それぞれが複数の円偏波アンテナ素子を含む複数のサブアレーアンテナと
を備え、
前記複数の円偏波アンテナ素子は、それぞれ前記複数のアンテナポートのいずれかに接続されており、
前記複数のサブアレーアンテナの各々に含まれる前記複数の円偏波アンテナ素子は、サブアレーアンテナごとにシーケンシャルアレーを構成しており、
前記複数のセグメントの各々は、
第1ポートに入力された信号を前記複数のアンテナポートに分配し、前記複数のアンテナポートのそれぞれに入力された信号を合成して前記第1ポートから出力する分配合成器と、
前記入出力ポートと前記第1ポートとの間に接続された第1増幅器と
を含み、
前記複数のサブアレーアンテナのいずれの一つのサブアレーアンテナにおいても、一つのサブアレーアンテナに含まれる前記複数の円偏波アンテナ素子がそれぞれ接続された前記複数のアンテナポートは、一つのセグメントに含まれており、
前記複数のサブアレーアンテナのいずれの一つのサブアレーアンテナにおいても、一つのサブアレーアンテナに含まれるすべての円偏波アンテナ素子の幾何中心を、円偏波アンテナ素子の個数より1本少ない本数の線分で、かつ線分の合計の長さが最短になるように接続したとき、複数の線分の各々の長さが、円偏波アンテナ素子の共振周波数に相当する自由空間波長以下であるアンテナモジュール。 - 前記すべての円偏波アンテナ素子の幾何中心を、円偏波アンテナ素子の個数より1本少ない本数の線分で、かつ線分の合計の長さが最短になるように接続したとき、複数の線分の各々の長さが、円偏波アンテナ素子の共振周波数に相当する自由空間波長以下である請求項3に記載のアンテナモジュール。
- 前記複数の円偏波アンテナ素子の各々と、前記ハイブリッド回路とは、平面視において重なっている請求項1または2に記載のアンテナモジュール。
- 前記複数の円偏波アンテナ素子の各々の平面視における形状が円形である請求項5に記載のアンテナモジュール。
- 前記複数の円偏波アンテナ素子の各々は摂動素子である請求項3に記載のアンテナモジュール。
- 前記複数のサブアレーアンテナのうち一部のサブアレーアンテナが向く方向と、他の少なくとも一部のサブアレーアンテナが向く方向とが異なっている請求項1乃至7のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
- 前記複数のサブアレーアンテナには、シーケンシャルアレーを構成する円偏波アンテナ素子の個数が異なるものが混在している請求項1乃至8のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
- 前記複数のサブアレーアンテナに含まれる前記複数の円偏波アンテナ素子の主偏波は、同一の偏波である請求項1乃至9のいずれか1項に記載のアンテナモジュール。
- 複数の第1増幅器でM個の円偏波アンテナ素子を動作させる構成を持つアンテナモジュールにおいて、M個よりも少ないm個の円偏波アンテナ素子を選択して動作させるアンテナ駆動方法であって、
前記複数の第1増幅器のいずれの1つも、前記M個の円偏波アンテナ素子のうち複数の円偏波アンテナ素子を動作させるように構成されており、
前記M個の円偏波アンテナ素子は、複数のシーケンシャルアレーを構成しており、
選択されるm個の円偏波アンテナ素子が1つまたは複数のシーケンシャルアレーを構成する条件と、m個の円偏波アンテナ素子を動作させるのに必要な前記第1増幅器の個数が最も少なくなる条件とを満たすように、前記M個の円偏波アンテナ素子からm個の円偏波アンテナ素子を選択し、選択したm個の円偏波アンテナ素子を動作させるアンテナ駆動方法。
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